介紹一種四開關(guān)BUCK-BOOST的無縫切換空載方法

前言：雖然LT/ADI/TI 等公司的四開關(guān)BUCK-BOOST控制器已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)許久了，各自對VIN和VOUT相等的情況都有很好的解決方法，但是在DSP或MCU中實現(xiàn)他們的控制，還真是有點不容易。

主要原因是調(diào)制方向的問題，比如說BUCK加占空比是加大輸出，當(dāng)調(diào)節(jié)到BUCK滿占空比后，如果把反饋的控制變量直接給到BOOST的主開關(guān)管，那么最大占空比加上去，肯定會有很大的電壓和電流超調(diào)。因此在模擬IC里面都用到兩種調(diào)制方法，比如利用上升沿和下降沿兩種載波來對BUCK和BOOST兩個情況進行占空比調(diào)節(jié)，這樣利用方向相反的邏輯，也可以解決過渡階段的控制變量切換問題。

另外一個問題是在BUCK/BOOST階段的開關(guān)邏輯到功率開關(guān)的對應(yīng)，這樣在LT8491里面可以很容易的看到他們的實現(xiàn)方法。

在數(shù)字環(huán)境里面我們也可以參考他們的做法，因此著重點考慮的是如何處理無縫切換的過渡問題，這里我提出一種載波疊層的控制方法，其idea 的來源是我之前學(xué)習(xí)研究 TNCP 的控制時的學(xué)習(xí)理解。通過疊層載波方法，可以把 BUCK的 PWM載波放到下層，然后把 BOOST的 PWM載波放置到上層。

這樣在過渡階段的時候，當(dāng)輸出電壓需從降壓區(qū)域過渡到升壓模式，反饋環(huán)會繼續(xù)增大輸出控制量，它對應(yīng)的 PWM調(diào)制波也會繼續(xù)增大，當(dāng) 與 BUCK的載波比較的調(diào)制波，即將增加到 接近 1.0 時，就對應(yīng)到下層載波的最大值了，然后反饋環(huán)路繼續(xù)增大控制量時，調(diào)制波對應(yīng)到載波的上層 1.0～2.0 階段，這個區(qū)域就是 BOOST控制的區(qū)域。因此 BOOST的占空比是從小到大開始增大的，可見下圖所示：

也可以用三角波：

仿真運行：CH1 載波，CH2 M1/M2 驅(qū)動輸出，CH3 M3/M4驅(qū)動輸出，此時越過下層載波，屬于BOOST模式工作。

另外為了解決在輸入和輸出相等階段的控制問題，此時也可以借鑒LT/ADI/TI大佬們的做法，就是變成 BUCK-BOOST控制方法。所以這里我再提出一個方法，就是把下層載波最大值放到 1.05，相同地也把上層載波的最小值放到 0.95，因此兩個 區(qū)域的 PWM載波就在 0.95～1.05 區(qū)域是重合的，可實現(xiàn)對功率開關(guān)實現(xiàn) BUCK-BOOST控制模式。然后再利用疊層載波的物理關(guān)系，自然而然地實現(xiàn)兩個橋臂 PWM輸出自然的存在 180deg 的 phase delay。

放大之后:

運行波形，由BUCK經(jīng)過中間區(qū)域過渡到BOOST

(BUCK-BOOST工作)

(BUCK-BOOST工作)

在上文簡單介紹了疊層載波應(yīng)用到四開關(guān)無縫切換的問題后，就可以應(yīng)用到拓?fù)淇刂粕希梢?a target="_blank">檢測輸入電流，輸出電流，電感電流，然后外行分別控制輸入電壓，輸出電壓，輸出電流等外環(huán)控制量，內(nèi)環(huán)控制電感平均電流值，即可完成拓?fù)淇刂疲?/p>

控制：

運行測試，BUCK-BOOST變換器能適應(yīng)各種輸出電壓，切換過渡無過沖，平穩(wěn)過渡。

小結(jié)：通過借鑒 TNPC 中的疊層載波調(diào)制方法，十分簡單地解決了四開關(guān) BUCK-BOOST控制上在過渡階段控制量邏輯不對導(dǎo)致的輸出過沖問題，然后巧妙的小幅度重疊兩個載波，解決了過渡階段的控制問題。